DE2425185A1 - METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents

METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE

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Description

Böblingen, 14. Mai 1974 heb-ohBoeblingen, May 14, 1974 heb-oh

Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: NeuanmeldungOfficial File number: New registration

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 972 172 Applicant's file number: FI 972 172

Verfahren zum Herstellen einer HalbleitervorrichtungMethod of manufacturing a semiconductor device

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung und insbesondere von Feldeffekttransistoren. Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, insbesondere von Feldeffekttransistoren, ergibt sich eine Verunreinigung der Metallisierungen insbesondere durch mobile Ionen, beispielsweise Alkalimetallionen, wie z.B. Natriumionen, die eines der wesentlichen Probleme bei der Herstellung stabiler Halbleitervorrichtungen darstellen. Die Anwesenheit solcher mobiler Ionen in einem Feldeffekttransistor erzeugt eine SpannungsInstabilität des Schwellwertes und parasitische Leckströme zwischen Halbleitervorrichtungen, die auf dem gleichen Halbleiterplättchen angebracht sind.The invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and in particular of field effect transistors. In the manufacture of semiconductor devices, in particular of field effect transistors, the metallizations are contaminated, in particular by mobile ions, for example Alkali metal ions such as sodium ions, which are one of the major problems in the manufacture of stable semiconductor devices represent. The presence of such mobile ions in a field effect transistor creates voltage instability of the threshold value and parasitic leakage currents between semiconductor devices mounted on the same semiconductor die are.

Man hat bereits versucht, die Verunreinigung von Metallisierungen von Feldeffekttransistoren durch mobile Ionen durch ein ständiges Reinigen des Verdampfersystems zu beseitigen, da bei den hohen Temperaturen, denen das Verdampfersystem ausgesetzt ist, eine Entgasung stattfindet, die bewirkt, daß beispielsweise Natrium-Ionen in einem Metallfilm aus Aluminium oder Aluminium-Kupfer eindringen. Unabhängig von dem ständigen und mühsamen Reinigen des Verdampfersystems ist dabei doch nicht sichergestellt, daß der Metallfilm frei von beweglichen Ionen ist. Demgemäß hat das Problem, daß bewegliche Ionen die Metallisierung einer Halbleiter-Attempts have already been made to prevent the contamination of metallizations of field effect transistors by mobile ions by a constant To eliminate cleaning of the evaporator system, as at the high Temperatures to which the evaporator system is exposed, a Degassing takes place, which causes, for example, sodium ions in a metal film of aluminum or aluminum-copper penetration. Regardless of the constant and laborious cleaning of the evaporator system, it is not guaranteed that the metal film is free of mobile ions. Accordingly, there has been a problem that mobile ions cause the metallization of a semiconductor

Λ09883/0836Λ09883 / 0836

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vorrichtung verunreinigen, insbesondere bei Feldeffekttransistoren die Herstellkosten erhöht und bewirkt, daß die Anzahl der tatsächlich zufriedenstellend arbeitenden Feldeffekttransistoren ziemlich gering ausfällt.contaminate the device, especially in the case of field effect transistors increases the manufacturing cost and causes the number of actually satisfactory working field effect transistors turns out to be quite low.

Die vorliegende Erfindung löst dieses schwierige Problem in zufriedenstellender Weise durch ein neues Verfahren, durch das die Metallisierung einer Halbleitervorrichtung, insbesondere eines Feldeffekttransistors, frei von beweglichen Ionen ist. (Die Feststellung, daß die Metallisierung frei von beweglichen Ionen ist, bedeutet, daß der Anteil beweglicher Ionen, der noch vorhanden ist, elektrisch nicht meßbar ist, so daß irgendwelche in der Metallisierung noch vorhandene bewegliche Ionen die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung nicht beeinflussen.) Auf diese Weise lassen sich durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stabile Feldeffekttransistoren herstellen, wobei die Herstellkosten im Vergleich zu bisher zur Verfügung stehenden Verfahren für die Herstellung zufriedenstellend arbeitender Feldeffekttransistoren verringert werden.The present invention solves this difficult problem more satisfactorily Way by a new method by which the metallization of a semiconductor device, in particular a Field effect transistor, free of moving ions. (The finding that the metallization is free of mobile ions means that the proportion of mobile ions that is still present cannot be measured electrically, so that any in mobile ions still present in the metallization do not affect the electrical properties of the device.) in this way stable field effect transistors can be produced by the method according to the present invention, wherein the manufacturing costs compared to previously available methods for manufacturing field effect transistors that work satisfactorily be reduced.

Die vorliegende Erfindung löst diese Schwierigkeiten dadurch, daß nichtdotierende Ionen in der Metallisierung implantiert werden, und zwar entweder vor oder nach dem Anlassen, und zwar mit einer genau gesteuerten Energie, so daß sich alle Ionen innerhalb des Metallfilms befinden. Es ist weiterhin notwendig, die Dosierung der Ionen genau zu steuern, um eine Zunahme in der Dichte der schnellen Oberflächen-Zustände zwischen der metallischen Elektrodenschicht und der Isolierschicht zu verhindern, über der die Elektrodenschicht liegt.The present invention solves these difficulties by implanting non-doping ions in the metallization, either before or after starting, with a precisely controlled energy so that all ions are within the Metal film. It is also necessary to precisely control the dosage of the ions in order to increase the density to prevent rapid surface conditions between the metallic electrode layer and the insulating layer over the the electrode layer lies.

Es ist nicht bekannt, ob die Beseitigung beweglicher Ionen auf die Anwesenheit nichtdotierender Ionen im Kristallgitter der Metallisierung oder aber auf Beschädigungen der Kristallgitterstruktur der Metallisierung zurückzuführen ist, die sich aus der Ionenimplantation ergeben haben. Es wurde festgestellt, daß eine vollständige Beseitigung aller durch Ionenimplantation in der Kristallgitterstruktur der metallischen ElektrodenschichtIt is not known whether the elimination of mobile ions is due to the presence of non-doping ions in the crystal lattice of the metallization or is due to damage to the crystal lattice structure of the metallization, which results from of ion implantation. It has been found that a complete elimination of all by ion implantation in the crystal lattice structure of the metallic electrode layer

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hervorgerufenen Schäden wieder eine solche Menge beweglicher Ionen zur Folge hat, daß sie elektrisch meßbar ist und die elektrischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung beeinflußt. Da die Freiheit von Beschädigungen der Kristallgitterstruktur ein Anlassen bei sehr hohen Temperaturen, wie z.B. etwa 800° C, erfordert, weisen die implantierten Ionen, beispielsweise Wasserstoff ionen, bei dieser Temperatur eine sehr starke Diffusion auf. Es ist daher nicht bekannt, ob die hohe Diffusion der implantierten Ionen oder die Abwesenheit von Beschädigungen der Kristallgitterstruktur der metallischen Elektrodenschicht bewirkt, daß die Natrium-Ionen wiederum beweglich werden.caused damage again such a lot of movable Ions has the consequence that it is electrically measurable and the electrical Affects properties of the semiconductor device. Because freedom from damage to the crystal lattice structure Tempering at very high temperatures, such as around 800 ° C, requires the implanted ions, for example hydrogen ions, a very strong diffusion at this temperature. It is therefore not known whether the high diffusion of the implanted Ions or the absence of damage to the crystal lattice structure the metallic electrode layer causes the sodium ions to become mobile again.

Aufgabe der Erfindung ist es also, ein Verfahren anzugeben, die beweglichen Ionen in einem Metallfilm einer Halbleitervorrichtung, vorzugsweise in einem Feldeffekttransistor, zu verringern oder völlig zu beseitigen, insbesondere aber einen stabilen Feldeffekttransistor herzustellen.The object of the invention is therefore to provide a method that or to reduce mobile ions in a metal film of a semiconductor device, preferably in a field effect transistor to be completely eliminated, but in particular to produce a stable field effect transistor.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen im einzelnen angegeben.The invention will now be described in more detail on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. The features of the invention to be protected are in the claims specified in detail.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Feldeffekttransistors mit einem metallischen Film;1 is a partial sectional view of a field effect transistor with a metallic film;

Fig» 2 eine Teilschnittansicht des Feldeffekttransistors nach Fig. 1, bei dem der Metallfilm zur Bildung von Elektrodenschichten abgeätzt ist;2 shows a partial sectional view of the field effect transistor according to Fig. 1, in which the metal film for Formation of electrode layers is etched away;

Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2 zur Darstellung der Ionenimplantation in der Metallelektrodenschicht durch eine Maske.FIG. 3 is a sectional view similar to FIG. 2 for illustration ion implantation in the metal electrode layer through a mask.

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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft die Implantierung von Ionen, die jedoch nicht den Gruppen 3 und 5 des periodischen Systems angehören sollen, in einen über einer Isolierschicht auf einem Halbleitersubstrat liegenden Metallfilm, wobei dieser Metallfilm mit mindestens einem Teil des Substrats zur Bildung einer Elektrodenschicht in Berührung ist. Die isolierende Schicht kann aus Silicium-Dioxyd bestehen, so daß es sich dabei um eine MOS-Vorrichtung handelt, oder die isolierende Schicht kann aus Silicium-Dioxyd auf dem Substrat bestehen, über welcher Schicht eine Schicht aus Silicium-Nitrid liegt, so daß es sich hierbei um eine MNOS-Vorrichtung handelt. Die vorliegende Erfindung kann also mit jeder metallisolierten Halbleitervorrichtung (MIS) angewandt werden.The method according to the present invention relates to implantation of ions, which should not belong to groups 3 and 5 of the periodic table, into one over an insulating layer on a semiconductor substrate lying metal film, this metal film with at least a part of the substrate is in contact to form an electrode layer. The insulating layer can consist of silicon dioxide, so that it is this is a MOS device, or the insulating layer can consist of silicon dioxide on the substrate, over which layer is a layer of silicon nitride, so that it is this is an MNOS device. The present invention thus can be used with any metal-insulated semiconductor device (MIS).

Beispiele von für die Implantation geeigneten Ionen sind Wasserstoff-, Helium-, Silicium-, Neon-, Argon-, Kohlenstoff-, Aluminium-, Stickstoff-, Sauerstoff-, Kupfer-, Gold-, Xenon- und Krypton-Ionen. Die Energie, bei der die Ionen in dem Metallfilm implantiert werden, hängt von der Dicke des Metallfilmes ab, da es erwünscht ist, daß alle Ionen innerhalb des Metallfilms implantiert werden. Die beispielsweise für die Implantierung von Wasserstoffionen in einem Aluminiumfilm mit einer Dicke von 1000 Ä erforderliche Energie ist 4,5 keV. Werden Heliumionen implantiert in einem Aluminiumfilm von 1000 A* Dicke, dann beträgt die erforderliche Energie 6,5 keV. Bei Siliciumionen beträgt die erforderliche Energie für einen Aluminiumfilm mit der Dicke von 1000 A etwa 45 keV. Die verschiedenen Energiepegel für die oben erwähnten Ionen bei verschiedenen Schichtdicken des Metallfilms sind in einem Buch "Projected Range Statistics in Semiconductors" von W. S. Johnson und J. F. Gibbons beschrieben, das 1970 durch Stanford University Bookstore veröffentlicht wurde.Examples of ions suitable for implantation are hydrogen, Helium, silicon, neon, argon, carbon, aluminum, Nitrogen, oxygen, copper, gold, xenon and krypton ions. The energy at which the ions are implanted in the metal film depends on the thickness of the metal film, since it is desirable that all ions implant within the metal film will. For example, for the implantation of hydrogen ions The energy required in an aluminum film with a thickness of 1000 Å is 4.5 keV. Are helium ions implanted in an aluminum film of 1000 Å * thickness, then the required Energy 6.5 keV. In the case of silicon ions, the energy required for an aluminum film with the thickness of 1000 Å is approximately 45 keV. The different energy levels for the above-mentioned ions at different thicknesses of the metal film are in a book "Projected Range Statistics in Semiconductors" by W. S. Johnson and J. F. Gibbons, published in 1970 by Stanford University Bookstore was published.

Die Ionen können in dem Metallfilm entweder vor oder nach der Ätzung des Filmes zur Bildung von metallischen Elektrodenschichten implantiert werden. Vorzugsweise werden jedoch die Ionen nach der Ätzung des Metallfilmes implantiert, da dies die Schwierigkeiten beim Ätzen verringert, wenn beispielsweise SiliciumionenThe ions can be present in the metal film either before or after the film is etched to form metal electrode layers be implanted. Preferably, however, the ions are implanted after the etching of the metal film, since this causes the problem decreased during etching, for example when silicon ions

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implantiert werden.be implanted.

Betrachtet man Fig. 1, so erkennt man eine Halbleitervorrichtung 10, nämlich einen Feldeffekttransistor, mit einem Siliciumsubstrat 11 und Bereichen 12, nämlich einer Source- und einer Drain-Elektrode entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die in geeigneter Weise hergestellt wurden. Ein Metallfilm 14, der aus Aluminium oder Aluminium-Kupfer bestehen kann, wird über einer Isolierschicht 15 auf dem Substrat 11 aufgebracht. Die Isolierschicht 15 kann Silicium-Dioxyd oder Silicium-Nitrid und Silicium-Dioxyd sein.1, one recognizes a semiconductor device 10, namely a field effect transistor, with a silicon substrate 11 and areas 12, namely a source and a drain electrode opposite conductivity type suitably fabricated. A metal film 14 made of aluminum or aluminum-copper, is applied over an insulating layer 15 on the substrate 11. The insulating layer 15 can be silicon dioxide or silicon nitride and silicon dioxide.

Nach Niederschlagen des Metallfilms 14 über der Isolierschicht 15 wird der Metallfilm 14 in geeigneter Weise zur Bildung metallischer Elektrodenschichten 16 in Fig. 2 geätzt. Anschließend werden nichtdotierende Ionen in die metallischen Elektrodenschichten 16 durch Ionenimplantation durch eine Maske 17 implantiert, wobei die Maske 17 aus einem geeigneten Material, wie z.B. Photolack, bestehen kann, und die Implantation durch Pfeile 18 in Fig. 3 angedeutet ist. Dadurch wird sichergestellt, daß die Ionen nur auf die metallischen Elektrodenschichten 16 gerichtet sind.After depositing the metal film 14 over the insulating layer 15, the metal film 14 appropriately becomes metallic to be formed Electrode layers 16 in FIG. 2 are etched. Subsequently, non-doping ions are introduced into the metallic electrode layers 16 implanted by ion implantation through a mask 17, the mask 17 being made of a suitable material, such as photoresist, and the implantation indicated by arrows 18 in FIG Fig. 3 is indicated. This ensures that the ions are only directed onto the metallic electrode layers 16.

Obgleich die Maske 17 vorzugsweise für die Implantierung der Ionen ausschließlich in den metallischen Elektrodenschichten 16 benutzt wird, ist es doch einleuchtend, daß die Maske 17 nicht unbedingt verwendet werden muß, da die Ionen die metallischen Elektrodenschichten 16 viel leichter durchdringen können als die Isolierschicht 15 aus Silicium-Dioxyd oder Silicium-Nitrid und Silicium-Dioxyd. Es ist somit also nicht unbedingt erforderlich, daß die Maske 17 zusammen mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung während der Implantation der Ionen benutzt wird.Although the mask 17 is preferably used for the implantation of the Ion is used exclusively in the metallic electrode layers 16, it is obvious that the mask 17 is not must be used because the ions can penetrate the metallic electrode layers 16 much more easily than the Insulating layer 15 made of silicon dioxide or silicon nitride and silicon dioxide. It is therefore not absolutely necessary that the mask 17 together with the method according to the present Invention is used during the implantation of the ions.

Werden die Ionen in dem metallischen Film 14 vor dem Ätzen implantiert, dann können selbstverständlich die Ionen auf alle Teile des metallischen Filmes 14 gerichtet werden. Selbstverständlich könnte man auch hier die Maske 17 einsetzen und die Ionen in der Weise steuern, daß sie nur auf die Teile des Filmes 14 ge-If the ions are implanted in the metallic film 14 before the etching, then, of course, the ions can be directed onto all parts of the metallic film 14. Of course one could also use the mask 17 here and control the ions in such a way that they only affect the parts of the film 14

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richtet werden, die nach dem Ätzen zur Bildung der metallischen Elektrodenschichten 16 verbleiben würden.that after etching to form the metallic Electrode layers 16 would remain.

Wird die Halbleitervorrichtung 10 nach der Ionenimplantation angelassen, dann ist es notwendig, daß der Anlaßvorgang, durch den die Ohmschen Kontakte zwischen den Metallelektrodenschichten und den Source- und Drain-Elektroden hergestellt werden, bei einer Temperatur von nicht mehr als 600° C durchgeführt wird. Damit soll sichergestellt werden, daß eine eventuell durch die Ionenimplantation in den Metallelektrodenschichten 16 hervorgerufene Beschädigung der Kristallgitterstruktur nicht beseitigt wird. Das Aufheizen der Halbleitervorrichtung 10 auf eine Temperatur von etwa 8000C würde alle Beschädigungen der Kristallgitterstruktur wiederum beseitigen, so daß die mobilen Ionen wiederum in den metallischen Elektrodenschichten 16 auftreten wurden.When the semiconductor device 10 is tempered after the ion implantation, it is necessary that the tempering process by which the ohmic contacts are established between the metal electrode layers and the source and drain electrodes is carried out at a temperature of not more than 600 ° C. This is to ensure that any damage to the crystal lattice structure caused by the ion implantation in the metal electrode layers 16 is not eliminated. Heating the semiconductor device 10 to a temperature of approximately 800 ° C. would in turn remove all damage to the crystal lattice structure, so that the mobile ions would again occur in the metallic electrode layers 16.

Das Anlassen der Halbleitervorrichtung 10 zur Bildung der Ohmschen Kontakte zwischen den metallischen Elektrodenschichten und der Source- und Drain-Elektrode 12 kann vor der Implantation der Ionen in den metallischen Film stattfinden. In diesem Fall ist es unwichtig, bei welcher Temperatur die Halbleitervorrichtung 10 angelassen wird, soweit die Verhinderung oder die Verringerung der Anwesenheit von beweglichen Ionen in den metallischen Elektrodenschichten 16 davon betroffen ist, da die Beschädigungen der Kristallgitterstruktur durch die implantierten Ionen erst nach dem Anlassen oder Aufheizen stattfindet.Annealing the semiconductor device 10 to form the ohmic Contacts between the metallic electrode layers and the source and drain electrodes 12 can be made prior to implantation of the ions take place in the metallic film. In this case, it does not matter what temperature the semiconductor device is at 10 is tempered as far as the prevention or reduction of the presence of mobile ions in the metallic Electrode layers 16 is affected because of the damage the crystal lattice structure by the implanted ions only takes place after tempering or heating.

Man hat Versuche mit zwei MOS-Transistoren durchgeführt, die auf einem [lOO] N-leitenden Halbleiter plättchen mit einem spezifischen Widerstand von 1,0 Ohm-cm hergestellt waren. Auf jedem der beiden Plättchen (1 und 2) waren eine Oxydschicht von einer Stärke von 500 8 bei 97O°C in trockenem Sauerstoff thermisch oxydiert. Anschließend wurde ein 0,5 mm starkes Aluminiumkügelchen verdampft und bei 425° C für 20 Minuten in einem formierenden Gas gesintert, das zu 90 bis 95% aus Stickstoff und dem Rest aus Wasserstoff bestand.Experiments have been carried out with two MOS transistors which are on a [100] N-conductive semiconductor plate with a specific Resistance of 1.0 ohm-cm were made. On each of the two platelets (1 and 2) there was an oxide layer of one Thermal strength of 500 8 at 97O ° C in dry oxygen oxidized. Then a 0.5 mm thick aluminum ball was evaporated and at 425 ° C for 20 minutes in a forming Sintered gas that consisted of 90 to 95% nitrogen and the remainder hydrogen.

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Anschließend wurde die Anzahl der Natriumionen in jedem der Plättchen 1 und 2 durch Messen des Bereichs des Spitzenwertes an mobilen Ionen in einer Standard-Strom-Spannungsschleife bestimmt. Die Anzahl der Oberflächenionen wurde durch Messen niedrigsten Wertes in der Standard-Strom-Spannungsschleife ermittelt.Then the number of sodium ions in each of the Platelets 1 and 2 determined by measuring the area of peak mobile ions in a standard current-voltage loop. The number of surface ions was determined by measuring the lowest value in the standard current-voltage loop.

Jedes der Plättchen 1 und 2 hatte eine Natrium-Ionen-KonzentrationEach of the platelets 1 and 2 had a sodium ion concentration

10
von weniger als 10 , wobei die Anzahl der schnellen Oberflächen-10
less than 10, where the number of fast surface

zustands-Ionen 3,4 χ 1011 im Plättchen 1 und 3,3 χ 1011 im Plättchen 2 betrugen. Die niedrige Konzentration von Natrium-Ionen war elektrisch nicht meßbar, da jede Konzentration von weniger als 10 als solche d
tung nicht beeinflußtState ions were 3.4 10 11 in plate 1 and 3.3 χ 10 11 in plate 2. The low concentration of sodium ions was electrically undetectable since any concentration less than 10 would be considered to be such d
tion not affected

als 10 als solche die elektrischen Eigenschaften der Vorrich-as such, the electrical properties of the device

Nach Feststellen der Anzahl der Natrium-Ionen und der Anzahl der schnellen Oberflächenzustands-Ionen in den Plättchen 1 und 2 wurden bei jedem Plättchen 1 und 2 die Aluminiumpunkte abgezogen. Dann wurden die Aluminiumpunkte erneut in einem Verdampfer bis zu einer Dicke von einem Mikron aufgebracht, wobei bekannt war, daß der Verdampfer verunreinigt ist. Jedes der Plättchen wurde anschließend für 20 Minuten in Stickstoff bei 450° C erwärmt.After determining the number of sodium ions and the number of fast surface state ions in platelets 1 and 2 the aluminum points were deducted from each plate 1 and 2. Then the aluminum points were again put up in an evaporator applied to a thickness of one micron, the evaporator was known to be contaminated. Each of the platelets was then heated in nitrogen at 450 ° C. for 20 minutes.

Die Plättchen 1 und 2 wurden erneut geprüft. Die Anzahl derPlates 1 and 2 were tested again. The number of

11
Natrium-Ionen war größer als 6,8 χ 10 im Plättchen 1 und war11
Sodium ion was greater than 6.8 χ 10 in platelet 1 and was

4,5 χ 1011 im Plättchen 2. Plättchen 1 hatte 3,9 χ 1011 schnelle4.5 χ 10 11 in plate 2. Plate 1 had 3.9 χ 10 11 fast

11 Oberflächenzustande und Plättchen 2 hatte 3,2 χ 10 schnelle Oberflächenzustande.11 surface conditions and platelet 2 had 3.2 χ 10 fast Surface conditions.

Jedes der Plättchen 1 und 2 wurde in vier Teile unterteilt. Die Viertel des Plättchens 1 werden als 1A, 1B, 1C und 1D bezeichnet, während die Viertel des Plättchens 2 als 2A, 2B, 2C und 2D bezeichnet werden.Each of the panels 1 and 2 was divided into four parts. The quarters of the plate 1 are designated as 1A, 1B, 1C and 1D, while the quarters of the wafer 2 are designated 2A, 2B, 2C and 2D will.

Eine implantation mit verschiedenen Mengen von Wasserstoff-Ionen (H2 +) wurde dann bei 110 keV vorgenommen. Die Anzahl der Natriumionen (Ng+), die Anzahl der schnellen Oberflächenzustande (NFS),An implantation with various amounts of hydrogen ions (H 2 + ) was then carried out at 110 keV. The number of sodium ions (Ng + ), the number of fast surface states (N FS ),

Fi 972 172 409883/0836Fi 972 172 409883/0836

die Implantationsdosis in Ionen/cm , die Aufheizung nach der Implantation für jedes der einzelnen Viertelplättchen 1Af 1B, 1C, 1D, 2A1. 2B, 2C, 2D sind wie folgt:the implantation dose in ions / cm, the heating after the implantation for each of the individual quarter plates 1A f 1B, 1C, 1D, 2A 1 . 2B, 2C, 2D are as follows:

PlättchenTile

Nr.No.

Implantations DosisImplantation dose

NFS N FS

Anlassen nach Implantation Tempering after implantation

1A 1B1A 1B

1C1C

1D1D

2A2A

2B2 B

2C2C

2D2D

1 χ 1 X1 χ 1 X

13 1313 13

5 x5 x

1212th

5 χ5 χ

1212th

6 x6 x

1313th

1 χ1 χ

1313th

5 χ5 χ

1212th

1 χ1 χ

1212th

weniger als 10 weniger als 10less than 10 less than 10

weniger als 10less than 10

7.2 χ 10
7.2 χ 107.2 χ 10
7.2 χ 10

11
1111
11

6.5 χ 106.5 χ 10

1111

2 χ2 χ

1010

6.8 χ 106.8 χ 10

1111

weniger als 10less than 10

weniger als 10less than 10

2.1 χ 102.1 χ 10

8.2 χ 108.2 χ 10

1212th

1111

weniger als 10less than 10

5.7 χ 105.7 χ 10

1111

4 χ4 χ

1010

4.0 χ 104.0 χ 10

1111

keinno

20 Minuten in Stickstoff bei 425Ο c.20 minutes in nitrogen at 425Ο c.

20 Minuten in Stickstoff bei 425Ο c.20 minutes in nitrogen at 425Ο c.

120 Min. in Stickstoff bei 425Ο c.120 min. In nitrogen at 425 ° C.

120 Min. in Stickstoff bei120 min. In nitrogen

450° C.450 ° C.

120 Min. in Stickstoff bei120 min. In nitrogen

450° C.450 ° C.

120 Min. in Stickstoff bei120 min. In nitrogen

450° C.450 ° C.

120 Min. in Stickstoff bei120 min. In nitrogen

450° C.450 ° C.

Wie die Daten für die Plättchen 1A und 1B zeigen, wird weder die Anzahl der Natrium-Ionen noch die Anzahl der schnellen Oberflächenzustände geändert, wenn die Aufheizung bei 425° C erfolgt. Dies zeigt, daß eine richtig gewählte Aufheiztemperatur die An-As the data for platelets 1A and 1B show, neither the number of sodium ions nor the number of rapid surface states does changed if the heating takes place at 425 ° C. This shows that a correctly selected heating temperature

FI 972FI 972

409883/Ü836409883 / Ü836

zahl der Natriumionen oder die Anzahl der schnellen Oberflächenzustände nach Ionenimplantation nicht ändert.number of sodium ions or the number of rapid surface states does not change after ion implantation.

Wie beispielsweise Plättchen 2 zeigt, ergibt eine Erhöhung der Ionenkonzentration des Implants auch eine Erhöhung der Anzahl der schnellen Oberflächenzustände. Es ist nicht bekannt, warum das so ist, doch man glaubt, daß es darauf zurückzuführen ist, daß die Dosierungskonzentration zu hoch ist, so daß die Ionen von der Implantation übrigbleiben und sich frei nach der Oberfläche bewegen können.For example, as shown in plate 2, an increase in the ion concentration of the implant also results in an increase in the number of rapid surface conditions. It is not known why this is so, but it is believed to be due to the fact that the dosage concentration is too high so that the ions remain from implantation and move freely towards the surface can.

Im Plättchen 2D nimmt die Anzahl der Natrium-Ionen zu, wenn die Dosierungskonzentration bei der Ionenimplantation zu niedrig ist. Somit ist also eine genaue Auswahl der Dosierung der Ionenkonzentration bei der Implantation notwendig, um sowohl die Anzahl der Natriumionen und die Anzahl der schnellen Oberflächenzustände unter Kontrolle zu halten.In plate 2D, the number of sodium ions increases when the Dosage concentration during ion implantation is too low. Thus, a precise selection of the dosage of the ion concentration is possible at implantation necessary to both the number of sodium ions and the number of rapid surface states to keep under control.

Unter Berücksichtigung der Beseitigung mobiler Ionen bei richtiger Auswahl der Dosierung und der Aufheiztemperatur liefert das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stabile Feldeffekttransistoren. Das heißt, daß die gleiche Vorspannung immer den gleichen Strom zur Folge hat.Taking into account the elimination of mobile ions when correct Selection of the dosage and the heating temperature, the method according to the present invention provides stable field effect transistors. This means that the same bias always results in the same current.

Um also eine bestimmte Oberflächendichte von schnellen Oberflächenzuständen und eine gewünschte Anzahl von Natriumionen in den metallischen Elektrodenschichten in einem Feldeffekttransistor zu erhalten, ist es notwendig, die Dosierung, die Art der Ionen, das Energieniveau, bei dem die Ionen implantiert werden, und die Aufheiztemperatur richtig zu wählen, wenn die Aufheizung nach der Implantation stattfindet. Wenn man alle diese Parameter sorgfältig steuert und überwacht, kann man stabile Feldeffekttransistoren erzeugen.So around a certain surface density of rapid surface states and a desired number of sodium ions in the metallic electrode layers in a field effect transistor it is necessary to determine the dosage, the type of ions, the energy level at which the ions are implanted, and the The correct heating temperature should be selected if the heating takes place after the implantation. If you look at all of these parameters carefully controls and monitors, you can create stable field effect transistors.

Die vorliegende Erfindung wurde zwar als ein Verfahren bei der Herstellung von Feldeffekttransistoren beschrieben, es leuchtetWhile the present invention has been described as a method of making field effect transistors, it is illuminating

FI 972 172 40 988 3/Ü836 FI 972 172 40 988 3 / Ü836

jedoch ohne weiteres ein, daß dieses Verfahren auch bei anderen Halbleitervorrichtungen Anwendung finden kann, wenn man mobile Ionen beseitigen möchte. Außerdem haben die verschiedenen Versuche nur die Natriumionen betroffen. Selbstverständlich ist es dabei klar, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch zur Reduzierung der Anzahl anderer mobiler Ionen, die Alkalimetallionen sind, dienen kann. Andere Alkalimetallionen sind beispielsweise Lithium und Kalium.however, it goes without saying that this method can also be applied to other semiconductor devices if one is mobile I want to eliminate ions. In addition, the various experiments only affected the sodium ions. Of course it is included It is clear that the method according to the present invention can also be used to reduce the number of other mobile ions, the alkali metal ions are, can serve. Other alkali metal ions are, for example, lithium and potassium.

Obgleich die Versuche mit Halbleiterplättchen durchgeführt wurden, auf denen Isolierschichten eines bestimmten Materials auf einem Silicium-Substrat angebracht waren, ist es doch ohne weiteres einleuchtend, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andere Halbleitersubstrate Anwendung finden kann, die mit einer Isolierschicht bedeckt sind. In gleicher Weise läßt sich jedes andere geeignete Material als Aluminium oder Aluminium-Kupfer verwenden.Although the experiments were carried out with semiconductor wafers, on which insulating layers of a certain material were applied to a silicon substrate, it is obvious, that the inventive method can also be applied to other semiconductor substrates that have an insulating layer are covered. In the same way, any other suitable material than aluminum or aluminum-copper can be used.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es ein wesentlich billigeres Verfahren zur Herstellung eines Metallfilmes ohne bewegliche Ionen für eine Halbleitervorrichtung, insbesondere einen Feldeffekttransistor, angibt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sichergestellt wird, daß in dem Metallfilm keine beweglichen Ionen vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine relativ kurze Zeit zum Implantieren der Ionen und Entfernen der beweglichen Ionen aus dem Metallfilm erforderlich ist.An advantage of the invention is that it is a much cheaper method of making a metal film without a indicating movable ions for a semiconductor device, in particular a field effect transistor. Another advantage of the invention is to ensure that there are no mobile ions in the metal film. Another advantage The invention consists in allowing a relatively short time to implant the ions and remove the mobile ions the metal film is required.

FI 972 172 40 988 3/0 8 36 FI 9 72 172 40 988 3/0 8 36

Claims (13)

BAT EN !ANSPRÜCHEBAT EN! CLAIMS Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Substrat aus Halbleitermaterial, einer darüberliegenden Isolierschicht und einem über der Isolierschicht liegenden Metallfilm, der zur Bildung einer Elektrodenschicht mit mindestens einem Teil des Substrats in Berührung ist, gekennzeichnet durch folgende VerfahrensschritteA method of manufacturing a semiconductor device comprising a substrate of semiconductor material, an overlying insulating layer and one over the insulating layer lying metal film which is in contact with at least part of the substrate to form an electrode layer is characterized by the following process steps Auswählen von Ionen aus jeder Gruppe des periodischen Systems der Elemente mit Ausnahme der Gruppen III und V, zum Implantieren von Ionen in den Metallfilm,Selecting ions from each group of the periodic table of elements except for groups III and V, for implanting ions into the metal film, Auswahl der Dosierung der Ionenkonzentration zum Verhindern einer Zunahme der Dichte der schnellen Oberflächenzustände, Selection of the dosage of the ion concentration to prevent an increase in the density of the rapid surface states, Implantieren der Ionen in den Metallfilm und dabeiImplanting the ions into the metal film and thereby Steuern des Energieniveaus der Ionen in der Weise, daß alle implantierten Ionen innerhalb des Metallfilms eingelagert werden.Controlling the energy level of the ions in such a way that all implanted ions embedded within the metal film will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silicium verwendet wird, und daß der Metallfilm mindestens Aluminium enthält.2. The method according to claim 1, characterized in that silicon is used as the semiconductor material, and that the metal film contains at least aluminum. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zunächst Teile des Metallfilms zur Bildung mindestens einer Elektrodenschicht vor der Implantation der Ionen in den Metallfilm entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantationen der Ionen so gesteuert wird, daß die Ionen nur in der Elektrodenschicht implantiert werden.3. The method according to claim 2, wherein initially parts of the Metal film for forming at least one electrode layer before the ions are implanted into the metal film are removed, characterized in that the implantations of the ions is controlled so that the ions are implanted only in the electrode layer. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Implantation der Ionen nur in der Elektrodenschicht dadurch erzielt wird, daß die Ionen4. The method according to claim 3, characterized in that the control of the implantation of the ions only in the Electrode layer is achieved in that the ions FI 972 172 40988 3/0 836 FI 972 172 40988 3/0 836 durch eine Maske auf die Elektrodenschicht gerichtet werden.can be directed onto the electrode layer through a mask. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm nach der Ionenimplantation nur auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird, daß alle durch die Ionenimplantation hervorgerufenen Kristallgitterstörungen nicht beseitigt werden.5. The method according to claim 4, characterized in that the metal film after the ion implantation only on one such a temperature is heated that all crystal lattice disturbances caused by the ion implantation cannot be eliminated. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß6. The method according to claim 2, characterized in that als Metallfilm ein ausschließlich aus Aluminium bestehender Film verwendet wird.a film made entirely of aluminum is used as the metal film. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallfilm ein Aluminium und/oder Kupfer enthaltender Film verwendet wird.7. The method according to claim 2, characterized in that the metal film containing an aluminum and / or copper Film is used. 8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffionen benutzt werden.8. The method according to claim 2, characterized in that hydrogen ions are used. 9. Verfahren nach Anspruch 1, unter Entfernung von Teilen des Metallfilmes zur Bildung mindestens einer Elektrodenschicht vor der Implantation der Ionen in dem Metallfilm, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantation der Ionen so gesteuert wird, daß die Ionen nur in der Elektrodenschicht implantiert werden.9. The method according to claim 1, with removal of parts of the metal film to form at least one electrode layer prior to the implantation of the ions in the metal film, characterized in that the implantation of the ions is controlled so that the ions are implanted only in the electrode layer. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantation der Ionen nur in der Elektrodenschicht dadurch erreicht wird, daß die Ionen durch eine Maske auf die Elektrodenschicht gerichtet werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the implantation of the ions only in the electrode layer is achieved in that the ions are directed through a mask onto the electrode layer. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitervorrichtung ein Feldeffekttransistor verwendet wird.11. The method according to claim 1, characterized in that a field effect transistor is used as the semiconductor device will. FI 972 172 409 88 3/0836 FI 972 172 409 88 3/0836 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionen Wasserstoffionen benutzt werden.12. The method according to claim 1, characterized in that hydrogen ions are used as ions. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufheizung des Metallfilmes nach der Ionenimplantation diese Aufheizung bei einer Temperatur erfolgt, bei der alle durch die Ionenimplantation in der Metallschicht
hervorgerufenen Kristallgitterstörungen nicht beseitigt werden.13. The method according to claim 1, characterized in that when the metal film is heated after the ion implantation, this heating takes place at a temperature at which all by the ion implantation in the metal layer
crystal lattice disturbances caused cannot be eliminated. FI 972 172 A09883/083.6 FI 972 172 A09883 / 083.6 LeerseiteBlank page
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